Entropija

Entropija (grč. έντροπή, "obrt ka unutra"), u fizici, je mjera neuređenosti s kojom je energija uskladištena u nekome sustavu.^[1]

Iz drugog zakona termodinamike proizlazi da se neki makroskopski procesi odvijaju samo u smjeru porasta entropije, i da im se nered i besciljnost povećavaju (disipativni sustavi). Budući da ne pokazuju smanjenje entropije, u makroskopskim procesima nije moguć obrat vremena, zbog čega je Arthur Eddington uveo pojam strijele vremena.^[1] Ludwig Boltzmann formulirao je vezu između entropije (S) i vjerojatnosti (P) kao relaciju S = k · log P, gdje je k Boltzmannova konstanta.^[1]

Entropija ima veliku ulogu u raznim oblastima. U informatici, entropija je mjera neodređenosti informacija; postupci obradbe informacija u kojima se gubi dio informacija analogni su termodinamičkim postupcima u kojima se entropija povećava.^[1] Ekonomista Nikolas Georgesku-Regen pokazao je the značaj zakona o entropiji u polju ekonomije u svom radu Zakon entropije i procesi u ekonomiji.^[2]

Entropija svemira se stalno povećava, što vodi toplotnoj smrti svemira.^[3]

Historija

Rudolf Klauzijus (1822–1888), pokretač koncepta entropije

Francuski matematičar Lazar Karno predložio je u svojoj publikaciji Osnovni principi ravnoteže i kretanja iz 1803. da u svakoj mašini ubrzanja i sudari pokretnih delova predstavljaju gubitke mementa aktivnosti. Drugim rečima, u svakom prirodnom procesu postoji nasledna tendencija ka disipaciji korisne energije. Nadograđujući se na ovaj rad, godine 1824. Lazarov sin Sadi Karno objavio je rad pod naslovom Razmišljanja o pokretačkoj snazi vatre u kome je postulirao da u svim toplotnim mašinama, kad god „kalorik」 (što je sad poznato kao toplota) pada kroz temperaturnu razliku, rad ili sila kretanja mogu biti proizvedeni iz i delovanja njenog pada iz toplog do hladnog tela. On je napravio analogiju sa onim kako voda pada na vodeno kolo. To je bio jedan od ranih uvida u drugi princip termodinamike.^[4] Karno je bazirao svoje gledište o toploti delom na „Njutnovskoj hipotezi」 da su toplota i svetlo dva tipa neuništivih formi materije, koji se međusobno privlače i odbijaju, i delom na bazi gledišta Konta Ramforda koji je pokazao (1789) da se toplota može kreirati frikcijom kao pri izradi topova.^[5] Karnot je zaključio da ako se telo radne supstance, kao što je telo pare, vrati u prvobitno stanje na kraju kompletnog ciklusa motora, da „do premene neće doći u stanju radnog tela」.

Prvi princip termodinamike, koji je Džejms Džul izveo iz eksperimenata sa toplotom i frikcijom 1843. godine, izražava koncept energije, i njene konzervacije u svim procesima. Prvi zakon, međutim, ne može da kvantifikuje efekte trenja i disipacije.

Tokom 1850-ih i 1860-ih, nemački fizičar Rudolf Klauzijus se suprotstavio pretpostavci da se ne dešava nikakva promena u radnom telu, i dao je toj „promeni」 matematičku interpretaciju preispitujući prirodu inherentnog gubitka korisne toplote kada se vrši rad, tj. toplote proizvedene trenjem.^[6] Klauzijus je opisao entropiju kao transformacioni kontekst, i.e. disipativna upotreba energije, termodinamičkog sistema ili radnog tela hemijske vrste tokom promene stanja.^[6] Ovo je bilo u kontrastu sa ranijim gledištima, baziranim na teorijama Isaka Njutna, da je toplota bila neuništiva čestica koja je imala masu.